Tóm tắt Luận án Điều khiển bộ nghịch lưu nối lưới trong mạng điện phân phối

luận án này, tác giả đề xuất phương pháp điều chế sử dụng tần số chuyển mạch thay đổi dùng giải thuật di truyền với hàm mục tiêu là sóng hài. Ràng buộc tổn hao chuyển mạch được xem xét một cách định lượng. Tính hiệu quả của phương pháp đề xuất được thể hiện thông qua các kết quả mô phỏng và thí nghiệm so với phương pháp tần số chuyển mạch cố định và các phương pháp tần số chuyển mạch thay đổi được công bố gần đây. 15T hêm vào đó, phương pháp đề xuất còn cho phép thực hiện trải phổ nhiễu hài trong một phạm vi rộng. Điều này giúp cho biên độ của các sóng hài riêng lẻ giảm thấp đáng kể nên giảm bộ lọc phụ và rất phù hợp cho các thiết bị ứng dụng trong thông tin và quân sự. 15TCách tiếp cận và chi tiết của phương pháp điều chế đề xuất được trình bày ở chương 2 của luận án này. Kết quả mô phỏng và thí nghiệm trên kit DSP-F28335 của các phương pháp điều chế đề xuất đã được công bố ở các bài báo số I-V. 1.4.2.3 Độ chính xác của tham số đồng bộ Biểu thức (1.1) cũng cho thấy sóng hài của nghịch lưu nối lưới còn phụ thuộc vào các tham số: biên độ, tần số và góc pha mà vòng khóa pha PLL (Phase-Locked Loop) ở hình 1.3 ước lượng được. Các tham số này không những phục vụ cho quá trình hòa đồng Tóm tắt 6 bộ của nghịch lưu với lưới điện mà còn góp phần nâng cao khả năng trải qua sự cố FRT (Fault-Ride Through) theo các tiêu chuẩn nối lưới mới để nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống điện. Một bộ PLL được đánh giá có chất lượng khi xác định một cách nhanh chóng và chính xác các tham số của điện áp lưới ở tần số cơ bản để hòa đồng bộ. Nghiên cứu của tác giả cho thấy rằng: có thể phân thành 3 nhóm phương pháp dò đồng bộ: + Nhóm thứ nhất là dò trong miền tần số (dựa vào biến đổi Fourier) cho hiệu quả không cao nên không trình bày trong luận án này. + Nhóm thứ hai là dò trong miền thời gian thường sử dụng PLL gồm 3 phương pháp sau đây để tách thành phần thứ tự thuận:  Thêm các khâu tích phân vào PLL thông thường để tách thành phần thứ tự thuận  Sử dụng các bộ lọc thông thấp trong PLL thông thường để dò thành phần thứ tự thuận trong hệ tọa độ đồng bộ dq  Sử dụng các bộ lọc tích phân trong PLL thông thường để dò thành phần thứ tự thuận trong hệ tọa độ ảo αβ + Nhóm thứ ba gồm các phương pháp giải lặp Newton và lọc thông thấp cho độ chính xác cao nhưng đáp ứng lại quá chậm. Để nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống điện và khả năng trải qua sự cố của nghịch lưu nối lưới, tác giả đề xuất một giải thuật để xác định nhanh và chính xác các tham số của điện áp lưới trong điều kiện vận hành bình thường cũng như khi có sự thay đổi điện áp như: sụt áp, mất cân bằng, sóng hài cao, nhảy điện áp, nhảy tần số, nhảy góc pha. Phương pháp đề xuất dựa trên giải thuật Levenberg-Marquardt (L-M) có thích nghi tham số ban đầu để cập nhật gradient cho bộ trọng số của phương pháp giải. Giải thuật L-M là một giải thuật mang tính tiêu chuẩn thường áp dụng để giải các bài toán bình phương tối thiểu phi tuyến. Bài toán bình phương tối thiểu thường được dùng để ước lượng một hàm các tham số với một tập các điểm dữ liệu đo được bằng cách cực tiểu tổng các bình phương của các sai số giữa điểm ước lượng và điểm đo như hình 1.6. 15T+ Phương pháp đề xuất dựa vào toán học cơ bản để giải phương trình vi phân phi tuyến siêu việt bằng giải thuật Levenberg-Marquardt có cập nhật tham số ban đầu để giảm số vòng lặp và hội tụ nhanh đến kết quả. Bản chất của giải thuật là giải phương trình vi phân bằng phương pháp số. 15T+ Các tiêu chí về đáp ứng động, sai số xác lập, độ vọt lố và độ phức tạp tính toán cũng được xem xét và phân tích để đánh giá khi so sánh với các phương pháp đã được công bố gần đây. Tóm tắt 7 Hình 1.6: Các điểm đo và đại lượng ước lượng được 15T+ Tính hiệu quả và bền vững của phương pháp đề xuất cũng đã được khẳng định thông qua kết quả mô phỏng và thí nghiệm khi so sánh với các phương pháp thông thường, DSOGI, và DSOGI-FLL trong những điều kiện điện áp ngõ vào thay đổi về tần số, biên độ, góc pha, nhiều sóng hài 15T+ Phương pháp đề xuất đã được kiểm tra mô phỏng trên MATLAB và thí nghiệm trên kit Dspace-1103. 15TChi tiết của phương pháp đề xuất được trình bày ở chương 3 của luận án này. Các kết quả liên quan đến phương pháp đề xuất đã được công bố ở các bài báo số VI đến số IX. 1.4.2.4 Sự ổn định của nguồn điện DC Khi điều kiện thời tiết thay đổi thì điện áp DC ở biểu thức (1.1) và dòng điện IR1R ở biểu thức (1.3) cũng thay đổi nên sóng hài của nghịch lưu cũng thay đổi. Trong hệ thống điện mặt trời nối lưới, ngoài việc điều chỉnh tấm pin quay theo hướng mặt trời bằng phương pháp cơ khí, kỹ thuật dò điểm công suất cực đại MPPT (Maximum Power Point Tracking) bằng phương pháp điện cũng được sử dụng để tối ưu công suất phát lên lưới điện. Có nhiều kỹ thuật MPPT được sử dụng cho hệ thống pin mặt trời nối lưới đã được công bố. Tuy nhiên, các kỹ thuật hiệu quả chủ yếu dựa trên nền tảng của kỹ thuật P&O (Perturb & Observe) và INC (Incremental Conductance) và có thêm các cải tiến. Nhưng đa số các cải tiến này giữ nguyên số gia điện áp khi tăng hoặc giảm điện áp chuẩn MPPT cho bộ điều khiển điện áp DC. Trong khi đó, các phương pháp sử dụng kỹ thuật số gia thay đổi trong các công bố gần đây chủ yếu áp dụng cho mạch boost DC-DC, chỉ áp dụng cho nghịch lưu nối lưới 2 giai đoạn, chưa xem xét ảnh hưởng của độ nhấp nhô điện áp DC đối với sóng hài ngõ ra của nghịch lưu nối lưới. Vì vậy, điều này đòi hỏi phải có một giải pháp cải thiện kỹ thuật MPPT để nâng cao chất lượng nguồn DC với đáp ứng động tốt. Khi công suất nguồn điện vào ổn định, việc sử dụng số gia lớn làm cho độ nhấp nhô điện áp DC cao nên dẫn đến sóng hài ngõ ra của nghịch lưu tăng cao. Tuy nhiên, nếu giảm nhỏ số gia để giảm sóng hài thì khi có sự dao động của nguồn điện vào do thời tiết 0 0.01 0.02 -300 -200 -100 0 100 200 300 Time (s) Vo lta ge (V ) Measured Estimated Ts Sampling window Tóm tắt 8 thay đổi thì đáp ứng động của kỹ thuật MPPT lại kém đi. Đây là điều bất lợi của phương pháp số gia điện áp cố định. 15TVì vậy, tác giả đã đề xuất một giải thuật mới để điều chỉnh điện áp MPPT bằng cách sử dụng kỹ thuật P&O với số gia biến đổi. Khi điều kiện bức xạ mặt trời thay đổi thì điện áp MPPT được điều chỉnh nhanh với số gia lớn nhằm đạt được đáp ứng nhanh về công suất và sau đó được tinh chỉnh với số gia nhỏ nhằm đảm bảo độ méo dạng sóng hài nhỏ để thỏa mãn tiêu chuẩn nối lưới. Kỹ thuật này không làm tăng thêm phần cứng và phần mềm đơn giản nên hiệu quả rất cao. 15TNội dung chi tiết của kỹ thuật MPPT đề xuất đã được trình bày ở chương 4 của luận án này và đã được công bố ở bài báo số X. 1.4.2.5 Tham số bộ điều khiển Từ cấu trúc của hệ thống nghịch lưu nối lưới ở hình 1.3 cũng cho thấy sự ảnh hưởng của các tham số bộ điều khiển dòng điện đối với sóng hài ngõ ra của nghịch lưu. Để tối ưu công suất phát lên lưới, hệ thống nghịch lưu cần phải có bộ điều chỉnh dòng điện hợp lý bơm vào lưới để thỏa mãn tiêu chuẩn nối lưới như đáp ứng động nhanh và nhiễu hài dòng điện thấp. So với các phương pháp điều khiển dự báo, bão hòa và dead-beat thì bộ điều khiển PI (Proportional Integrator) và PR (Proportional Resonant) cho hiệu quả tốt hơn nên được sử dụng khá phổ biến. Vì hàm truyền vòng kín của hệ thống nghịch lưu có dạng vô định, nên sẽ có vô số cặp nghiệm (Kp, Ki) của bộ điều khiển để hệ thống ổn định. Do đó, việc xác định các tham số bộ điều khiển dòng điện sử dụng các phương pháp thông thường như mô hình nội, tối ưu đối xứng có thể không cho nghiệm toàn cục. Thậm chí phương pháp giản đồ Bode dựa vào hàm truyền do phụ thuộc tham số hệ thống nên không thể cho kết quả tối ưu. 15TCác tham số của bộ điều khiển dòng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tín hiệu điều chế nên sẽ ảnh hưởng đến đáp ứng động và sóng hài ngõ ra của nghịch lưu. Trong luận án này, tác giả đề xuất phương pháp xác định các hệ số của bộ điều khiển dòng sử dụng kỹ thuật tối ưu bầy đàn PSO. Tính hiệu quả và chi tiết của kỹ thuật này được trình bày ở chương 4 khi so sánh với phương pháp giản đồ Bode dựa vào hàm truyền. Các kết quả cũng đã được công bố ở bài báo số XI và XII. 1.5 TÓM TẮT CHƯƠNG 1 Dựa trên việc phân tích mô tả của sóng hài dòng điện, tác giả đã nêu ra bốn yếu tố chính ảnh hưởng đến sóng hài ngõ ra của hệ thống nghịch lưu nối lưới. Từ đó, tác giả đã nghiên cứu và đề xuất các giải pháp. Nội dung chi tiết của các giải pháp được trình bày ở các chương 2 đến chương 4 và trong 12 bài báo khoa học liên quan. Tóm tắt 9 CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỬ DỤNG CHU KỲ CHUYỂN MẠCH THAY ĐỔI 2.1 GIỚI THIỆU Hiện nay, các hệ thống nghịch lưu điện mặt trời nối lưới có nhiều loại kích cỡ và công suất khác nhau. Tùy thuộc vào qui mô của công trình, các bộ nghịch lưu nối lưới có thể phân thành các loại như: dạng module, chuỗi các module, nhiều chuỗi, và loại nghịch lưu trung tâm. Các nghịch lưu nối lưới loại nhiều chuỗi và trung tâm thường dùng cho hệ thống nghịch lưu 3 pha với qui mô lớn dạng cánh đồng điện mặt trời. Hầu hết các bộ nghịch lưu điện mặt trời ba pha phổ biến không thực sự là nghịch lưu ba pha ba dây mà thường là những bộ nghịch lưu ba pha bốn dây. Do đó, chúng hoạt động như là ba bộ nghịch lưu một pha độc lập. Giải pháp sử dụng ghép ba nghịch lưu một pha độc lập thành nghịch lưu ba pha có một số ưu điểm đáng kể như cho phép sử dụng các bộ nghịch lưu một pha sẵn có với những tiêu chuẩn chống cô lập lắp sẵn và điện áp DC thấp hơn nên an toàn hơn. Hệ thống nghịch lưu nối lưới 1 pha đang và sẽ được ứng dụng nhiều nhất trong tương lai, nhất là các hệ thống điện tích hợp thông minh. Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống nghịch lưu nối lưới có cấu trúc một pha sẽ được xem xét và lựa chọn trong chương 2 này. Để giảm sóng hài dựa vào kỹ thuật điều chế, tác giả đề nghị một kỹ thuật SPWM (sinusoidal pulse width modulation) sử dụng giải thuật di truyền GA (genetic algorithm) nhằm xác định chu kỳ chuyển mạch trong mỗi nửa chu kỳ lưới cơ bản (NCKCB). Hàm mục tiêu là sóng hài dòng điện với ràng buộc không làm tăng tổn hao chuyển mạch. Sóng hài dòng điện và tổn hao chuyển mạch được xem xét một cách định lượng để làm cơ sở đánh giá cho phương pháp đề nghị khi so sánh với các phương pháp đã được công bố gần đây. 2.2 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN Cả sóng hài dòng điện và tổn hao chuyển mạch của nghịch lưu đều phụ thuộc vào tần số chuyển mạch. Trong kỹ thuật SPWM thông thường với tần số chuyển mạch cố định bằng hằng số, khi tần số chuyển mạch càng cao thì tổn hao chuyển mạch càng nhiều và sóng hài dòng điện càng thấp, và ngược lại. Do đó, việc lựa chọn tần số chuyển mạch tối ưu để phối hợp hài hòa giữa tổn hao chuyển mạch và sóng hài dòng điện là một vấn đề thật sự khó khăn và có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực chất lượng điện năng. Tần số chuyển mạch cần được chọn sao cho giảm sóng hài để thỏa mãn các tiêu chuẩn nối lưới, mà không làm tăng tổn hao chuyển mạch là một bài toán thực sự cần thiết hiện nay. Dựa vào biểu thức (1.1) ở chương 1, khi góc pha φ=0, độ nhấp nhô dòng điện có thể viết lại như (2.1) và có dạng sóng chuẩn hóa như hình 2.1. ( ) ( ). 1 . sin . . sin 2 3 s dc p f T V I m t m t L ∆ ω ω = −  (2.1) Trong trường hợp tần số chuyển mạch cố định thì tổn hao chuyển mạch được tính như sau: 1 1. ( ) .sw s P C i t T ∆ ω= (2.2) Tóm tắt 10 Với CR1R là hằng số phụ thuộc vào điện áp VRdcR, i(ωt) là giá trị dòng điện tức thời chảy qua các linh kiện công suất, và TRsR là chu kỳ chuyển mạch. Tổn hao chuyển mạch trung bình trong mỗi NCKCB được xác định như sau: 1 0 2 sin( ) ( )sw s I tCP d t T π ω ∆ ω π = ∫ (2.3) Hình 2.1: Dòng điện ngõ ra của nghịch lưu (m=0,97; φ=0). (a) Dòng điện ngõ ra và dòng điện cơ bản; (b) Độ nhấp nhô dòng điện. + - Vdc VacVi Lf Iac S11 S12 S21 S22 RL Cf Idc Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch điện thí nghiệm Hình 2.3: Phổ dòng điện của tần số chuyển mạch cố định 5 kHz (TRsR=200 µs) THD dòng điện khi tần số chuyển mạch cố định 5 kHz bằng 6,14% và vượt quá giới hạn cho phép như hình 2.3. 2.3 HÀM MỤC TIÊU Hình 2.1 cho thấy độ nhấp nhô dòng điện thay đổi không đồng đều trong mỗi NCKCB khi tần số sóng mang cố định và làm cho giá trị hiệu dụng tăng cao đáng kể trong cả chu kỳ lưới cơ bản. Trong các khoảng thời gian dòng điện tức thời cao (đỉnh hình sin) thì độ nhấp nhô dòng điện thấp và ngược lại. Đây chính là cơ sở quan trọng để phân bố lại độ nhấp nhô dòng điện sao cho đồng đều hơn nhằm cực tiểu hiệu dụng của THD dòng điện trong mỗi chu kỳ cơ bản. Như vậy, giá trị hiệu dụng THD dòng điện của nghịch lưu 0 0.01 0.02 -1 -0.5 0 0.5 1 (a) (p u) 0 0.01 0.02 -0.2 0 0.2 (b) Time (s) (p u) Output current Fundamental current 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 -5 0 5 Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x 104 0 1 2 3 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 4.356 , THD= 6.14% M ag (% o f F un da m en ta l) Tóm tắt 11 trong mỗi NCKCB có thể giảm được bằng cách thay đổi tần số chuyển mạch một cách thích hợp. Tần số chuyển mạch cần phải tăng trong những khoảng thời gian có độ nhấp nhô dòng điện cao để giảm độ nhấp nhô dòng điện xuống và giảm trong khoảng có độ nhấp nhô dòng điện thấp để giảm tổn hao chuyển mạch. Đặc biệt tại lân cận điểm zero của dòng điện cần có tần số chuyển mạch phải đủ lớn để độ nhấp nhô dòng điện nhỏ lại nhằm không gây bất lợi cho các thiết bị điện dò điểm zero. Dựa vào công thức (1.2) và (1.3) cho thấy rằng THD dòng điện tỉ lệ tuyến tính với ∆I đối với một dòng điện hiệu dụng cơ bản IR1R cho trước như sau: THD ∼ I∆ (2.4) Công thức (1.7) có thể được viết lại như (2.5) với thời gian mẫu tRkR. ∑ = = = π ∆ π ∆ k k t t kpk tII 0 22 ..1 (2.5) Cho nên: THD ∼ ∑ = = π ∆ π k k t t kpk tI 0 2 ..1 (2.6) Mục tiêu của phương pháp đề nghị là cực tiểu THD dòng điện trong (2.6) bằng cách thay đổi chu kỳ chuyển mạch trong mỗi NCKCB với ràng buộc tổn hao chuyển mạch trung bình phải nhỏ hơn hoặc bằng tổn hao chuyển mạch của phương pháp tần số chuyển mạch cố định. Vì vậy hàm mục tiêu sẽ như (2.7), trong đó iRkR là dòng điện tức thời và iR1kR là dòng điện ở tần số cơ bản tức thời chảy qua nghịch lưu tại thời điểm lấy mẫu tRkR. ( )∑ = = −= πk k t t kk iiFitness 0 2 1 (2.7) Khi đó, hàm ràng buộc sẽ như sau: 1 1 0 sin( )2 . ( ) _ ( ) k sw k sw s k tIP C d t P const T t π ω ∆ ω ∆ π ω = ≤∫ (2.8) Trong đó: TRsR(ωtRkR) là chu kỳ chuyển mạch của sóng mang trong mỗi NCKCB và ∆PRsw_constR là tổn hao chuyển mạch của phương pháp tần số chuyển mạch cố định bằng hằng số. Tóm tắt 12 2.4 ĐỀ XUẤT GIẢM SÓNG HÀI SỬ DỤNG KỸ THUẬT GA 2.4.1 Xác định trọng số hàm chu kỳ chuyển mạch Do giải thuật di truyền (GA) là một giải thuật mạnh, luôn được cải tiến và có sẵn trong MATLAB, nên trong chương này, GA được đề nghị sử dụng để xác định các trọng số của hàm chu kỳ chuyển mạch TRsR. Do đó, để cực tiểu THD, ta cần cực tiểu (2.7) với ràng buộc tổn hao chuyển mạch như (2.8). Hàm chu kỳ chuyển mạch thay đổi có thể tính được bằng cách suy ra từ (2.1) như sau: ( ) ( )[ ] ( ) dc fp s V L tmtm I tT .3.2 sin..sin.1 ωω ∆ ω − = (2.9) Như vậy, trong mỗi NCKCB, công thức (2.9) cho thấy rằng TRsR phụ thuộc vào ωt. Với một giá trị THD cho trước, chu kỳ TRsR cũng có thể biểu diễn như sau: ( )tTs ω ∼ ( )[ ] ( )tmtm ωω sin..sin.1 1 − (2.10) Tuy nhiên, do tần số chuyển mạch của linh kiện IGBT có giới hạn cực đại nên TRsR cũng có giới hạn cực tiểu. Theo (2.10), TRs Rsẽ không xác định tại ωt=0, nên ta cần thêm trọng số wR1R để khống chế tần số chuyển mạch cực tiểu như sau: ( )[ ] ( ) 321var sin.sin1 1)( wttww tTs ωω ω −+ =− (2.11) Trong đó: trọng số wR2 Rcũng được sử dụng để kiểm soát chu kỳ chuyển mạch đủ thấp tại lận cận điểm zero của dòng điện. Trọng số wR3R điều chỉnh sự biến đổi của chu kỳ chuyển mạch trong mỗi NCKCB. Các trọng số wR2R và wR3R cũng chứa đựng cả chỉ số điều chế m. Kỹ thuật GA được đề nghị sử dụng để xác định các trọng số này trong (2.11) với ràng buộc tổn hao chuyển mạch trung bình theo (2.8), khi đó, hàm mục tiêu cực tiểu là (2.7). Nội dung chi tiết cũng như kết quả mô phỏng và thí nghiệm trên kit DSP F28335 của phương pháp này được trình bày trong bài báo số I đã cho thấy tính hiệu quả của phương pháp đề xuất. 2.4.2 Xác định từng chu kỳ chuyển mạch Việc dùng GA cho phép can thiệp sâu vào từng chu kỳ chuyển mạch trong NCKCB, làm cho giải thuật đề nghị ở hình 2.4 có thể thực hiện khử hài lựa chọn SHE (Selective Harmonic Elimination) một cách hiệu quả bằng cách đưa vào hàm ràng buộc hay hàm mục tiêu trong GA. Các tổ hợp cá thể nào làm cho hài riêng lẻ vượt quá ngưỡng qui định sẽ bị buộc loại khỏi GA bằng các hệ số phạt. Sau khi thực hiện GA, TRs-var Rthu được ở bảng 2.1. Tóm tắt 13 Np>65 Begin No Yes Fmin=Fitness; Mark X; yes No No Number_of_vars=Np; Set parameters for GA; Call GA; Fmin>Fitness End Np=Np+1; Print X & Fmin; Np=25; Fmin=1e6; (a) Sox=0+eps Begin Yes yes No Update ∆Psw; SHE-harmonics; F=sum(error.^2); (∆Psw<=los_const)& (SHE-harmonics<=1%) End YesFitness=1e6 Set x(n); Simulate simulink model; Fitness=1e6 Fitness=F No (b) Hình 2.4: Lưu đồ GA và hàm mục tiêu. (a) Giải thuật GA; (b) Hàm mục tiêu 29TBảng 2.1: Kết quả của chu kỳ chuyển mạch thay đổ29Ti29T4 (42Tµs) NRp TRs NRp TRs NRp TRs NRp TRs NRp TRs NRp TRs 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 164 135 124 118 114 112 111 110 110 111 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 111 113 114 116 119 122 126 130 135 141 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 148 157 169 183 201 226 262 317 408 551 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 582 386 286 236 205 184 168 156 147 140 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 134 128 124 121 118 115 113 112 111 110 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 110 110 111 113 116 120 127 139 166 154 2.5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 2.5.1 Nghịch lưu tải trở Hình 2.5: Bình phương độ nhấp nhô dòng điện của chu kỳ cố định. (a) IRacR trong chu kỳ cơ bản; (b) Bình phương của độ nhấp nhô dòng điện. 0 0.01 0.02 -4 -2 0 2 4 Ia c (A ) (a) 0 0.01 0.02 0 0.1 0.2 C ur re nt ri pp le2 (A ) (b) Time (s) Tóm tắt 14 Hình 2.6: Bình phương độ nhấp nhô dòng điện của chu kỳ đề nghị. (a) IRacR trong chu kỳ cơ bản; (b) Bình phương của độ nhấp nhô dòng điện. Bình phương độ nhấp nhô dòng điện ở hình 2.6 của phương pháp đề xuất thấp hơn so với bình phương độ nhấp nhô dòng điện của chu kỳ chuyển mạch cố định ở hình 2.5. Trên hình 2.7 cũng cho thấy rằng phương pháp đề nghị có THD dòng điện giảm còn 4,72% thấp hơn nhiều so với chu kỳ cố định ở hình 2.3. Thêm vào đó, phổ hài dòng điện của kỹ thuật đề nghị trải trong một phạm vi rộng. Chính điều này làm cho biên độ các sóng hài riêng lẻ giảm nhỏ đáng kể nên không gây nhiễu âm. Hình 2.7: Phổ nhiễu hài dòng điện của chu kỳ đề nghị. 2.5.2 Nghịch lưu nối lưới Hình 2.8: Tổn hao chuyển mạch và THD của kỹ thuật đề nghị (a) Tổn hao chuyển mạch tức thời và trung bình; (b) THD dòng điện 0 0.01 0.02 -4 -2 0 2 4 Ia c (A ) (a) 0 0.01 0.02 0 0.1 0.2 C ur re nt ri pp le2 (A ) (b) Time (s) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 -5 0 5 Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x 104 0 1 2 3 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 4.338 , THD= 4.72% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40 10 20 Proposed S w itc hi ng lo ss (W ) (a) Inst Aver 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40 5 10 C ur re nt T H D (% ) (b) Time (s) 3.85 8.23 8.2 8.55 4.1 3.82 Tóm tắt 15 Một hệ thống nghịch lưu nối lưới được thực hiện để mở rộng khảo sát của phương pháp đề nghị so với các phương pháp sẵn có như: TDD (total demand distortion), CR (constant ripple), và MSANS (modified spread of acoustic noise spectrum). (a) (b) Hình 2.9: Chu kỳ và tổn hao chuyển mạch phóng to trong NCKCB khi cosϕ=1. (a) Chu kỳ chuyển mạch; (b) Tổn hao chuyển mạch. Hình 2.10: THD dòng điện. Bảng 2.2: Tóm tắt tổn hao chuyển mạch và sóng hài Chu kỳ t < 0,2 s 0,2 s < t < 0,3 s 0,3 s < t chuyển mạch Tổn hao chuyển THD Tỉ lệ Tổn hao chuyển THD Tỉ lệ Tổn hao chuyển THD Tỉ lệ mạch (W) (%) (%) mạch (W) (%) (%) mạch (W) (%) (%) Cố định 15,35 2,55 46,7 7,68 5,33 -10,4 9,22 4,32 6 TDD 8,28 4,79 0 8,45 4,83 0 8,67 4,6 0 Nhấp nhô hằng số 8,29 4,33 9,6 8,25 4,53 6 8,58 4,28 7 MSANS 8,28 4,12 14 8,45 4,41 8,7 8,67 4,12 10,4 Đề nghị 8,23 3,85 19,6 8,20 4,10 15 8,55 3,82 17 2.5.3 Nhận xét kết quả của nghịch lưu nối lưới Các kết quả mô phỏng của hệ thống nghịch lưu nối lưới của các phương pháp khảo sát được thể hiện trong hình 2.8-2.10 và bảng 2.2. Tổn hao chuyển mạch trung bình của 0.19 0.192 0.194 0.196 0.198 0.20 1 2 3 4 5 6 7x 10 -4 C yc le (s ) Time (s) Switching cycle TDD Constant ripple MSANS Proposed 0.19 0.192 0.194 0.0196 0.198 0.20 5 10 15 S w itc hi ng lo ss (W ) Time (s) TDD Constant ripple MSANS Proposed Average loss 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.43 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Time (s) C ur re nt T H D (% ) TDD Constant ripple MSANS Proposed Tóm tắt 16 phương pháp TDD được dùng làm mẫu để đánh giá các phương pháp khác trong nghiên cứu này này. Thực chất của phương pháp TDD vẫn là tần số chuyển mạch cố định nhưng với các mức dòng điện tải khác nhau. Kết quả của phương pháp đề nghị cho thấy rằng: + Chu kỳ chuyển mạch của các khoảng thời gian khảo sát được xác định bằng GA cho tổn hao chuyển mạch trung bình tương tự như TDD. Tuy nhiên, sóng hài dòng điện tương ứng trong các khoảng khảo sát bằng 3,85; 4,1 và 3,82% và thấp nhất so với kết quả của các phương pháp khác. Tỉ lệ giảm sóng hài của MSANS là 14; 8,7 và 10,4 % so với TDD trong các khoảng tương ứng. Trong khi tỉ lệ giảm sóng hài của phương pháp đề nghị là 19,6; 15 và 17 % so với TDD. Tỉ lệ giảm này cho thấy kết quả của phương pháp đề nghị là tốt nhất trong việc giảm sóng hài của nghịch lưu và sóng hài dòng điện tương ứng trong các khoảng là thấp nhất so với sóng hài của các phương pháp trên. + Sự phân bố lại chu kỳ chuyển mạch của phương pháp đề nghị làm cho tổn hao chuyển mạch tức thời phân bố đồng đều hơn so với các phương pháp khác nên sốc nhiệt cũng ít hơn so với các phương pháp khác. Điều này giúp tăng tuổi thọ của linh kiện công suất. + Đối với trường hợp hệ số công suất cosϕ<1, chu kỳ chuyển mạch của phương pháp đề nghị giảm nhỏ đáng kể tại lân cận điểm zero của dòng điện giúp cho độ nhấp nhô dòng điện giảm nhỏ đáng kể, trong khi tổn hao chuyển mạch tức thời tăng không đáng kể nên tổn hao chuyển mạch trung bình vẫn bằng với các phương pháp khác. 2.6 TÓM TẮT CHƯƠNG 2  Tính hiệu quả của kỹ thuật đề nghị không những giảm sóng hài mà còn có khả năng khử hài lựa chọn và trải phổ hài trong một phạm vi rộng. Điều này giúp cho các hài riêng lẻ có biên độ giảm đáng kể nên giảm bộ lọc phụ và không gây nhiễu âm. Vì vậy, nó rất phù hợp cho các thiết bị trong thông tin và quân sự.  Các kết quả cũng đã được thực hiện cho các trường hợp phát điện vào lưới với cosϕ=1 và cosϕ<1 trong cùng một điều kiện cài đặt với những thông số giống với thực tế nhất.  Việc giảm sóng hài cho nghịch lưu nối lưới cũng góp phần làm giảm kích thước bộ lọc, giá thành thiết bị, và cải thiện chất lượng điện năng của hệ thống điện. Từ đó, tạo điều kiện cho việc chế tạo thiết bị và làm chủ công nghệ với giá thành thấp.  Việc chuyển mạch với tần số thấp tại đỉnh của dòng điện cũng góp phần làm tăng tuổi thọ của linh kiện công suất.  Để đáp ứng yêu cầu tải thay đổi trong điều kiện thực tế, các số liệu của chu kỳ chuyển mạch được chuẩn bị offline sẵn với các mức tải khác nhau bằng cách sử dụng phương pháp tra bảng trong MATLAB.  Để kiểm tra khả năng áp dụng, các khảo sát đối với một hệ thống nghịch lưu nối lưới 3 pha cũng được thực hiện ở phần phụ lục 4-5 đến 4-8 của luận án. Tóm tắt 17 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG NHANH VÀ CHÍNH XÁC THAM SỐ ĐIỆN ÁP LƯỚI 3.1 THAM SỐ HÒA ĐỒNG BỘ Đại lượng ( ).sinm tω ϕ− trong biểu thức (1.1) ở chương 1 cho thấy rằng sóng hài của nghịch lưu còn phụ thuộc vào các tham số hòa đồng bộ như: biên độ, tần số, góc pha và offset dc của tín hiệu điều chế. Thông thường, trong hệ thống nghịch lưu nối lưới, việc hòa đồng bộ do vòng khóa pha đảm nhận. Yêu cầu của vòng khóa pha PLL (Phase-Locked Loop) là phải xác định nhanh